このコンテンツを視聴するには、JoVE 購読が必要です。 サインイン又は無料トライアルを申し込む。
Method Article
生体内顕微鏡検査は、急速なプロセスやシーケンシャルなプロセスの時間的関係と空間的関係の両方についての洞察を提供する強力なツールです。ここでは、実験的敗血症(内毒素血症)のマウスモデルにおける肝臓正弦波におけるタンパク質-タンパク質相互作用と血小板-好中球-内皮相互作用の両方を評価するためのプロトコルについて説明します。
炎症と血栓症は、主に微小循環で発生する複雑なプロセスです。標準的な組織型では、炎症と血栓症の両方の終末経路に関する洞察が得られるかもしれませんが、これらのプロセスの時間経過を通じて発生する時間的変化を示すことはできません。生体内顕微鏡検査(IVM)は、 生体内の生理学的プロセスを時間的に把握するために、生きた動物イメージングを使用することです。この方法は、これらの相互作用が発生するためにしばしば必要となる急速かつ連続的なイベントにより、循環内の細胞およびタンパク質の相互作用を評価する場合に特に強力です。IVMは、 in vivoで複雑なプロセスを見ることができる非常に強力なイメージング方法論ですが、IVM研究を計画する際に考慮すべき重要な方法論的要因がいくつかあります。この論文では、肝臓の生体内イメージングを行うプロセスの概要を説明し、重要な考慮事項と発生する可能性のある落とし穴を特定します。したがって、この論文では、IVMを使用して肝正弦波の血小板-白血球-内皮相互作用を研究し、急性肝障害のさまざまなモデルにおけるそれぞれの相対的な寄与を研究する方法について説明します。
炎症と血栓症は、主に微小循環で発生する複雑なプロセスです。このプロトコルは、 in vivoでの肝臓微小血管系のイメージングを可能にする外科的製剤の概要を示しています。標準的な組織型は、炎症と血栓症の両方の終末経路についての洞察を提供するかもしれませんが、プロセス全体で発生する時間的変化を示すことはできません。さらに、この方法は、生体システム内で発生することが多い急速かつ連続的な相互作用をビデオ顕微鏡 で 捉えることができるため、微小血管循環内で発生する一過性の細胞およびタンパク質の相互作用を評価する場合に特に強力です。この論文では、肝正弦波における血小板-白血球-内皮相互作用を研究するための生体内顕微鏡法の使用について説明し、急性肝障害のさまざまなモデルにおけるそれぞれの相対的な寄与を研究します。
この外科的製剤と画像診断法は、多くの炎症モデルや病理学的モデルに適応できる可能性がありますが、ここでは、マウス敗血症とアセトアミノフェン(APAP)誘発性肝障害のエンドトキサ血症モデルという血管炎症の2つのモデルについて概説します。エンドトキシン(リポ多糖;LPS)は、マウス敗血症の実験モデルを誘導するために、1930年代には早くも始まり、その分離とその後の敗血症1の進行における重要な分子としての調査が行われました。このモデルは、LPSがグラム陰性菌の単一の成分にすぎないという点で制限されていますが、これは広く受け入れられ、利用されている方法であり、比較的簡単で迅速に実行できます。さらに、敗血症1の生理学的症状を迅速かつ正確に再現します。腸管内毒素吸収が肝疾患や炎症の発症に果たす役割を考えると2、これはマウス肝臓における血小板-白血球-内皮相互作用を研究するための優れたモデルです。
敗血症のLPSモデルに加えて、APAPの過剰摂取は、肝臓の病理学的細胞間相互作用の研究のための優れたモデルを提供します。APAPの過剰摂取は、血小板減少症と肝臓での血小板の蓄積を特徴とする急性肝不全を引き起こし、その後、白血球を介した肝臓の回復を妨げる可能性があります3。このモデルの外科的調製とイメージングの方法論は、多くの生物学的問題やさまざまな病理学的プロセスの研究に適合させることができますが、敗血症のLPSモデルとAPAP誘発性肝障害はどちらも、 in vivoでの血小板-白血球-内皮相互作用の研究のための優れたモデルです。
IVMには、標準的な組織学的手法に比べていくつかの固有の利点があります。標準的な組織学的手法では、組織サンプル全体または切片化された組織サンプルの研究や、タンパク質や組織構造の鑑賞が可能ですが、これらの方法論には限界があります。設計上、これらのプロセスには組織処理が必要であり、生体システムに見られるものを歪めたり隠したりする可能性があります。組織は組織学的調製中に固定する必要があり、固定アーティファクトや自家蛍光の増強の可能性をもたらします。また、固定は組織の細胞内変化を引き起こす可能性があり、不適切な固定の可能性は組織の劣化につながる可能性があります。さらに、組織学的手法は、タンパク質または細胞相互作用の時間的側面を直接研究する可能性を欠いており、一時的な相互作用またはまれな相互作用を見逃す可能性があります。
逆に、蛍光生体内顕微鏡法では、標準的な組織学に内在する多くの合併症や制限を回避することができます。IVMは、固定を回避し、それによって組織学的調製中に発生する可能性のあるアーティファクトや組織の劣化を回避します。また、設計上、生体システム内の組織のイメージングも可能であり、そのため、組織の単離や切片化は必要ありません。さらに、組織学を使用して捕捉するのが困難または不可能な一過性またはまれなプロセスのイメージングと研究を可能にします。このIVM法は、連続したプロセス(例えば、血小板または白血球が開始する相互作用により、血管内皮に結合した血小板-白血球凝集体)を捕捉し、同定するためにも使用できます。最後に、この方法は多くのイメージングシステムに適応させることができます。研究のニーズと目的のデータセットに応じて、外科的準備後、外部化された肝臓を必要なほぼすべてのイメージングシステムに配置できます。このプロトコルを、広視野蛍光顕微鏡、スピニングディスク顕微鏡、共鳴ヘッドスキャナーを使用したレーザー走査型共焦点顕微鏡、および2光子顕微鏡を使用したイメージングにうまく適用しました。しかし、この方法を前述の顕微鏡システムに限定されるべきだと考える理由はありません。
この手法論文では、マウス肝臓における血小板-白血球-内皮相互作用の研究に以前に使用されていたIVMのプロトコールを概説しています。このプロトコルは、蛍光標識抗体で標識された血小板の時間的血小板-内皮接着を比較するために使用されてきました。これは、蛍光標識抗体で標識されたか、または内因性蛍光4のために遺伝子組み換えされたものです。このプロトコルは、肝臓炎症のエンドトキセミックモデルにおける肝臓正弦波における一過性の血小板-白血球-内皮相互作用を評価し、P-セレクチンと組換えタンパク質を共局在化するために使用されています。さらに、このプロトコルにより、標準的な組織型を用いて好中球密度に見られる差が、赤血球の速度の違いによるものかどうか(体積流量の代用として)5 を判定することが可能になりました。最後に、この方法は、APAP誘発性肝障害の急性モデル6において、肝正弦波中のKupffer細胞による血小板動員を評価するために使用されています。このような一連の研究は、標準的な組織学的方法では不可能であったでしょう。述べたように、このプロトコルは、さまざまなイメージングシステムに適応させることができ、適切な外科的準備、蛍光抗体の選択、およびイメージング設定により、このプロトコルは肝臓の病理学の研究に対して高い信頼性と再現性を備えています。
すべての動物プロトコルは、ベイラー医科大学の施設動物管理および使用委員会とマイケルE.デベイキー退役軍人医療センターの研究開発委員会によって承認されました。すべての実験は終末期であり、最後に麻酔の手術面下で安楽死が行われます。このプロトコルで使用されるすべての材料、試薬、および機器に関連する詳細については、 材料の表 を参照してください。
1. 抗体および染料の調製
2. 腹腔内エンドトキシン注射
注:マウス敗血症の実験モデルで肝臓の正弦波における血小板-好中球-内皮相互作用を評価するために、エンドトキシン注射を使用できます。
3.動物の麻酔の導入と維持、および安楽死
4. 頸静脈と気管のカテーテル法
5.肝臓の外部化
6. 肝臓生体内顕微鏡イメージング
注:このプロトコルでは、生体内顕微鏡検査に双方向共振ヘッドスキャナーを備えたレーザー走査型共焦点顕微鏡を使用します。共振ヘッドの周波数を安定させるには、イメージングの前に少なくとも30分間システムの電源を入れてください。システムが異なれば、機能も異なる場合があります。これらについての議論は、この記事の範囲外です。特定のシステムの技術的な詳細については、機器の担当者にお問い合わせください。
7. 画像解析
注:この論文のすべての画像を処理するためにImageJ / FIJIが使用されました。FIJI(fiji.sc)は、Image J(imagej.nih.gov)のオープンソースバージョンであり、追加のプラグインとマクロ13を使用することでより多くの機能を備えています。
炎症を起こした内皮への白血球接着におけるビメンチン桿体ドメインの影響の評価
白血球のP-セレクチン糖タンパク質リガンド-1(PSGL-1)の内皮および血小板への結合 P-セレクチンは、敗血症誘発性肝障害炎症の急性期に発生します。しかし、ビメンチンの組換えヒト桿体ドメイン(rhRod)は、P-セレクチンに結合し、内皮と血小板の両方への白血球の接着を...
この手法論文の目的は、恒常性維持条件下でエンドトキシンまたはAPAPの投与後、マウス肝臓の高解像度の生体内画像とビデオを確実にキャプチャするために必要な手順を概説することです。このプロトコルにより、肝臓における血小板-白血球-内皮相互作用に関するデータを一貫して作成することができましたが、成功に必要な多くの重要なステップと、このイメー...
著者には、開示すべき利益相反はありません。資金提供者は、研究デザイン、データ収集と分析、出版の決定、または原稿の準備に関与していませんでした。内容は、米国退役軍人省または米国政府の見解を表すものではありません。
この研究は、NIH/NIGMS GM-123261 (FWL) と NIH/NHLBI HL139425 (JC) の支援を受けました。研究支援は、NIH/NHLBI HL116524からも資金提供を受けました。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Surgical Supplies | |||
2" x 2" non-woven sponges | McKesson Med. Surg | 92242000 | For liver isolation |
#4-0 silk braided suture with needle | SOFSILK | N/A | 4-0 Softsilk coated braided black, nonabsorbable: C-1 cutting needle |
#4-0 silk braided suture without needle | Ethicon | N/A | 4-0 Black braided silk, nonabsorbable |
21 G blunt needle (0.5 inch) | SAI Infusion Technologies | B21-50 | This is used to attach to the end of the tracheostomy tube to allow for connection to the ventilator. An alternative source is Instech |
23 G blunt needle (0.5 inch) | SAI Infusion Technologies | B23-50 | This is used for the vascular catheter to allow for connection to a syringe. An alternative source is Instech |
Dissecting Scissors (Pointed Tip) | Kent Scientific | INS600393-G | Micro Dissecting Scissors; Carbide Blades; Straight; Sharp Points; 24 mm Blade Length; 4 1/2" Overall Length |
McPherson-Vannas Micro Scissors (Vannas) | Kent Scientific | INS600124 | These are useful for creating the openings in the trachea and vessels |
Polyethylene tubing 10 | Instech | BTPE-10 | This is used to make the intravascular portion of the catheter. An alternative source is BD Intramedic |
Polyethylene tubing 50 | Instech | BTPE-50 | This is used to make the extravascular portion of the catheter. An alternative source is BD Intramedic |
Polyethylene tubing 90 | Instech | BTPE-90 | This is used to make the tracheostomy tube. An alternative source is BD Intramedic |
USP grade sterile normal saline | Coviden | 8881570121 | Hospira 0.0% Sodium Chloride Injection, USP |
Microscopy Supplies | |||
Isoflurane delivery system and ventilator | Kent Scientific | Somnosuite | Combination rodent ventilator and volatile anesthetic delivery system |
Foam spacer for warming pad during microscopy | N/A | N/A | This spacer should be cut from high quality foam, should fit around the liver microscope tray and specific height dimensions are dependent upon the microscope system |
Laser scanning confocal microscope system with resonance head scanner | Olympus | FV3000 | Although we describe the use of an Olympus FV3000 using a resonance head scanner, this protocol with work with most imaging systems |
Liver Microscope Tray | N/A | N/A | The liver microscope tray was designed for an inverted microscope |
Antibodies & Related Reagents | |||
Brilliant Violet 421/anti-mouse Ly6G antibody | BioLegend | 127628 | 3 µg/mouse. To label neutrophils |
BV421/F4/80 antibody | BioLegend | 123132 | 0.75 mg/kg. To label Kupffer cells |
Dulbecco's phosphate buffered saline w/o calcium or magnesium | Gibco/ThermoFisher Scientific | 14190144 | Used as dialysate to remove sodium azide from antibodies |
DyLight649/anti-GPIbβ antibody | emfret Analytics | X649 | 3 µg/mouse. To label platelets |
DyLight488/anti-mouse GPIbβ antibody | emfret Analytics | X488 | 6 µg/mouse. To label platelets |
Endotoxin from Escherichia coli serotype O111:B4 | Sigma-Aldrich | L3024 | 5 mg/kg; Potency of endotoxin may vary from lot to lot. Therefore, the same lot should be used for a series of experiments to minimize variation due to endotoxin lot |
PerCP-eFluor 710/anti-mouse P-selectin antibody | Invitrogen | 46-0626-82 | 4 µg/mouse. To label P-selectin |
Slide-a-Lyzer 7,000 MWCO cassette | Thermo Scientific | 66370 | Used to dialyze antibodies to remove sodium azide |
Texas Red-labeled dextran | Sigma-Aldrich | T1287 | ~150 kDa; 250 µg/mouse |
TRITC/bovine serum albumin | Sigma-Aldrich | A2289 | 500 µg/mouse. Dilute to a stock concentration of 50 mg/mL (5%) in normal saline. Used to label the vasculature. It may leak into the interstitial space more readily than high molecular weight dextran during inflammation |
このJoVE論文のテキスト又は図を再利用するための許可を申請します
許可を申請This article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2023 MyJoVE Corporation. All rights reserved